Ramanova spektroskopie je velmi rozšířená analytická technika používaná ke studiu vibračních, rotačních a dalších nízkofrekvenčních stavů molekul a spočívá v měření nepružného rozptylu záření. V tradiční Ramanově spektroskopii a mikroskopii se běžně používá k excitaci molekul viditelné (455, 532, 633 nm atd.) nebo blízké infračervené záření (nejčastěji 1064 nm) ve formě fokusovaného laserového paprsku.

UV Ramanova spektroskopie využívá k excitaci ultrafialové lasery s vlnovou délkou pod 400 nanometrů. V praxi se často také používá termín vzdálená (nebo také deep) UV Ramanova spektroskopie, pokud je excitační vlnová délka menší než 280 nm (Obrázek 1).

Širšímu rozšíření této alternativy klasické Ramanovy spektroskopie v minulosti bránila zejména cena a omezený výběr potřebných excitačních UV laserů a obecně nákladnější konstrukce takového spektrometru. Vzhledem k rozšiřujícím se možnostem moderních detektorů, spektrografů a laserů jsou ovšem postupně odbourávány všechny překážky pro obecnější a častější využití této aplikačně velmi slibné varianty Ramanovy spektroskopie.

Výhody UV Ramanovy spektroskopie a mikroskopie:

• Zvýšená citlivost: Použití UV excitace může zvýšit citlivost Ramanovy spektroskopie a intenzitu získaných Ramanových spekter (poměru signálu a šumu). To je zvláště užitečné pro studium materiálů, které mají slabá Ramanova spektra při excitaci delší vlnovou délkou (např. 532 nm). Ramanův rozptyl je totiž v principu extrémně slabý jev. Po ozáření vzorku excitačním laserem je pouze cca jeden foton z 10⁶ – 10⁸ fotonů detekován jako Ramanovo záření. UV excitace zde může celkem významně pomoci, teoreticky totiž platí vztah mezi intenzitou Ramanova rozptylu a vlnovou délkou excitačního laseru, tj. intenzita rozptýleného světla molekulou je nepřímo úměrná čtvrté mocnině jeho vlnové délky. Z toho vyplývá, že např. excitační laser 248 nm může generovat přibližně 100x silnější signál než laser s vlnovou délkou 785 nm.
• Eliminace fluorescence: Fluorescence je jev velmi často soupeřící s Ramanovým zářením a často může překrývat celé Ramanovo spektrum. Fluorescenční odezva vzorků bývá největší, když je jejich molekulární struktura složitá (organické sloučeniny a biologické vzorky), ale může se také objevit v důsledku fluoreskujících nečistot. Může být snížena použitím delší vlnové délky, jako je 785 nm nebo 830 nm, a často je zcela eliminována použitím 1064 nm excitace. Další možností je excitovat Ramanova spektra na vlnových délkách pod tzv. fluorescenčním oknem právě pomocí UV excitace. Fluorescence se totiž typicky vyskytuje při vlnových délkách delších než 300 nm, a tak při použití excitačního laseru pod cca 300 nm lze snadno získat celý obvyklý spektrální rozsah bez jejího vlivu (Obrázek 2). Ramanovo spektrum a fluorescenci vzorku lze tak měřit jako dva separátní a příliš se neovlivňující jevy. Při UV vlnových délkách se fluorescence a Ramanovo spektrum oddělí. UV Ramanova spektroskopická analýza tak umožňuje studium struktury a dynamiky komplexních materiálů, jako jsou například proteiny a nukleové kyseliny. Navíc při použití excitačního zdroje v UV oblasti může u některých vzorků vést k relativně velkému (až 2–4 řády) rezonančnímu zesílení Ramanova signálu, což je měřicí technika v praxi nazývaná UV-Rezonanční Raman (UVRR).
• Vyšší prostorové rozlišení: UV záření má kratší vlnovou délku než viditelné nebo infračervené záření, což umožňuje lepší prostorové rozlišení při zkoumání molekulárních struktur pomocí technik, jako je mapování či imaging vzorků.

Hlavní současné aplikace UV Ramanovy spektroskopie:

• Biofarmacie a biomedicína (virologická analýza, detekce kvasinek, pylu či mikrobiálních kontaminací, biologické zobrazování, detekce bakteriálních buněk a spor atd.).
• Procesní on-line/at-line analýza (zejména farmaceutická výroba a potravinářství).
• Obranné a bezpečnostní složky (detekce exploziv a jejich prekurzorů, identifikace nebezpečných materiálů, forenzní palynologie, detekce narkotik, analýza padělků, ohledání místa činu atd.).
• Výroba a výzkum polovodičových materiálů („bandgap“ polovodičové fotoluminiscenční testování, analýza selhání polovodičů atd.)
• Analýza čistoty vody v životním prostředí (chemická i biologická kontaminace, kvantitativní analýza nitrátů a nitridů atd.)

Společnost Nicolet CZ nabízí UV Raman (či deep UV Raman) spektrometry a mikroskopy ve formě vysoce vědeckých, na zakázku stavěných systémů německé společnosti S&I Spectroscopy & Imaging GmbH nebo UV excitaci přímo dedikované laboratorní, provozní a ruční systémy americké společnosti Photon Systems.

V případě jakýchkoli dotazů nás neváhejte kontaktovat.